이중전리산소(二重電離酸素, doubly ionized oxygen)는 천문학과 원자물리학에서 사용되는 용어로, 산소 원자에서 전자 두 개가 제거되어 2가 양이온 상태가 된 산소 이온 O²⁺를 가리킨다. 천체 분광학에서는 분광 표기법에 따라 O III(오 쓰리)로 표기한다.
이중전리산소는 가시광선 대역에서 금지선(금지 전이에 의해 방출되는 스펙트럼선)을 방출하는 것으로 알려져 있다. 이 금지선은 5007옹스트롬 파장에서 가장 강하게 나타나며, 4959옹스트롬에서 그다음으로 강하게 관측된다. 이 방출선은 확산성운과 행성상성운에서 뚜렷하게 나타나며, 관측상으로는 녹색에서 청록색을 띠는 것으로 알려져 있다.
이중전리산소의 방출선은 1860년대 행성상성운을 관측하던 과정에서 처음 발견되었다. 당시에는 이 방출선이 알려진 원소의 스펙트럼과 일치하지 않았기 때문에, 새로운 원소에 의한 것이라는 추측이 제기되었고 '네불륨(nebulium)'이라는 가칭으로 불리기도 하였다. 이후 1927년에 미국의 천문학자 이라 스프라그 보웬(Ira Sprague Bowen)이 이 방출선이 실제로는 이중전리산소의 금지선임을 규명하면서 네불륨이라는 가설은 폐기되었다.
한편, 이중전리산소의 허용선은 중자외선 대역에서 방출되기 때문에 지구 대기에 흡수되어 지상에서는 관측할 수 없다. 이 때문에 이중전리산소의 허용선 관측은 우주 망원경 등을 통해서만 가능하다.
이중전리산소는 천문학에서 성운의 물리적 상태와 화학적 조성을 연구하는 데 중요한 지표로 사용되는 개념이다.
